2018-2019學(xué)年高中物理 第三章 電路與電能傳輸 2 交變電路學(xué)案 教科版選修1 -1.doc

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2　交變電路 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識 脈 絡(luò) 1.知道交變電路的組成． 2．知道交變電路電壓和電流是隨時間周期性變化的．(重點) 3．知道什么是有效值． 4．知道電容器和電感器的構(gòu)造及在電路中的作用．(難點) [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] [知識梳理] 一、交變電路　交變電壓及電流 1．交變電路的組成 (1)交變電路由交變電源及電容、電阻、電感等元件組成． (2)“～”代表交變電源，一般由交流發(fā)電機(jī)供給．家庭用的就是220 V的交變電流，常稱為市電． 2．交變電壓及交變電流 (1)變化規(guī)律：在一般交流電路中電壓可表示為u＝U0 sin 2πft，電流可表示為i＝I0 sin 2πft. (2)峰值、頻率：U0、I0指交變電路中電壓、電流的峰值；f是交變電流的頻率． (3)有效值：在一個周期內(nèi)其交流電通過電阻R所產(chǎn)生的熱量與某一恒定電流在同樣時間內(nèi)通過該電阻所產(chǎn)生的熱量相等，那么這個直流電壓(電流)的大小就叫作該交流電壓(電流)的有效值． 二、電容和電感 1．電容 (1)兩塊彼此絕緣而又相互靠近的導(dǎo)體，都可以組成一個電容器． (2)當(dāng)電容器接到交流電路上，電容器交替進(jìn)行充電和放電，電路中形成大小、方向不斷變化的電流．電容器能夠通交隔直． (3)電容對交變電流也會產(chǎn)生阻礙作用，我們用“容抗”表示其作用的大小． 2．電感 (1)電感由線圈，或者加鐵芯的線圈構(gòu)成． (2)直流電路中電感的作用僅在電源接通和斷開瞬間表現(xiàn)出來． (3)在交變電路中由于電流不斷變化，因而電感線圈中不斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，電感的存在反抗著或阻礙著電流的變化．因而電感對交變電流時刻都有阻礙作用，稱為“感抗”． (4)電感有通直阻交的作用． [基礎(chǔ)自測] 1．思考判斷 (1)家用照明電是交變電流．(　　) (2)照明電路電壓為220 V指的是有效值．(　　) (3)交變電路的有效值是以電流的熱效應(yīng)定義的．(　　) (4)在有電容器的交流電路中，沒有電荷通過電容器．(　　) (5)電感器對直流電的阻礙作用也較大．(　　) (6)電感器對直流的阻礙作用較小．(　　) 【提示】　(1)√　(2)√　(3)√　(4)√　(5)　(6)√ 2．關(guān)于交變電流和直流電的說法中，正確的是(　　) A．如果電流大小隨時間做周期性變化，則一定是交變電流 B．直流電的大小和方向一定不變 C．交變電流一定是按正弦規(guī)律變化的 D．交變電流的最大特征就是電流的方向隨時間做周期性的變化 D　[A、如果只有電流大小做周期性變化而電流方向不變，則為直流電，故A錯誤；B、直流電的大小可以變化，但方向一定不變，故B錯誤；C、只要電流的方向發(fā)生變化，則就是交流電，不一定是按正弦或余弦規(guī)律變化的，故C錯誤；D、交流電的最大特征是電流的方向隨時間發(fā)生周期性變化，故D正確；故選D.] 3．下列關(guān)于電容器對交流電的作用的描述中，正確的是(　　) A．交流電通過電容器，電容器要起一定的阻礙作用 B．交流電能通過電容器，電容器不起阻礙作用 C．交流電不能通過電容器，電容器要起一定的阻礙作用 D．交流電不能通過電容器，電容器要起相當(dāng)大的阻礙作用 A　[電容器具有隔直通交的作用，故直流電不能通過電容器，交流電能通過電容器，但通過電容器時，電容器起到一定的阻礙作用，A正確．] 4．關(guān)于電感對交變電流的影響，下列說法中正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：37032069】 A．電感不能通直流電流，只能通交變電流 B．電感對各種不同頻率的交變電流的阻礙作用相同 C．同一個電感線圈對頻率越低的交變電流的阻礙越小 D．同一個電感線圈對頻率越高的交變電流的阻礙越小 C　[電感既能通直流電，也能通交流電，對直流電阻礙作用很小，對交流電阻礙作用較大，且隨交流電頻率的升高，阻礙作用增大，故選項ABD錯誤，C正確；故選C.] [合 作 探 究攻 重 難] 描述交變電流的物理量 1．周期 交變電流完成一次周期性變化所需的時間，用T表示，單位是秒(s)． 2．頻率 交變電流在1 s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，用f表示，單位是赫茲(Hz)． 3．ω、T、f的關(guān)系 ω＝＝2πf， T＝或f＝. 4．峰值 (1)定義：交變電流的電壓、電流所能達(dá)到的最大數(shù)值． (2)應(yīng)用：電容器所能承受的電壓要高于交流電壓的峰值． 5．有效值的應(yīng)用 (1)交流用電設(shè)備上標(biāo)的是額定電壓和額定電流． (2)交流電壓表測量的數(shù)值． (3)無特別說明時提到的交變電流的數(shù)值． 6．峰值和有效值的關(guān)系 對于正弦式交變電流，有效值I、U與峰值Im、Um之間的關(guān)系：I＝，U＝. 　如圖321表示一交變電流隨時間而變化的圖像．此交變電流的有效值是(　　) 圖321 A．5 A　　　 B．5 A C．3.5 A D．3.5 A 思路點撥：①根據(jù)定義求解． ②選一個周期分析． ③一個周期內(nèi)又分兩段求和． B　[使此交變電流通過電阻R，在一個周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 Q交＝IR＋I(xiàn)R＝(I＋I(xiàn))R 式中I1＝4 A，I2＝3 A，T＝0.02 s 設(shè)另一直流電I，通過同樣的電阻在同樣時間(T＝0.02 s)內(nèi)產(chǎn)生的熱量為 Q直＝I2RT 根據(jù)有效值的定義，由Q直＝Q交，即 I2RT＝(I＋I(xiàn))R 得I＝ ＝ A＝5 A 這個直流電就稱為此交變電流的有效值．] 求解有效值的一般步驟 (1)首先要分析交變電流的變化規(guī)律，在一個交變電流中可能存在n種形式的交流電． (2)一個交變電流中存在n種形式，可在一個周期內(nèi)分段求出產(chǎn)生的熱量，求其和． (3)不同分段恒定電流的交流電的有效值不是算術(shù)平均值，而是分段用焦耳定律求解． [針對訓(xùn)練] 1．(多選)一交變電流的圖像如圖322所示，由圖可知(　　) 圖322 A．該交變電流瞬時值表達(dá)式為i＝10sin 628t A B．該交變電流的頻率為50 Hz C．該交變電流的最大值為10A D．用電流表測該電流其示數(shù)為10A BC　[從圖中可知該交流電的周期為T＝0.02 s，故頻率為f＝＝50 Hz，最大值為im＝10 A，電流表測量的是有效值，故電流表示數(shù)為I＝＝10 A，角速度ω＝2πf＝100π rad/s＝314 rad/s，所以瞬時值表達(dá)式i＝10sin 314t A，BC正確．] 電容器和電感器的作用 1．電容器的工作原理 電容器廣泛應(yīng)用于濾波、耦合、振蕩等電子電路中，如收音機(jī)的調(diào)諧電路中就有電容器．電容器的工作原理如圖323所示，電容器接直流電源時，燈泡雖然不亮，但是電容器自身帶上了電荷，并且接電源正極的極板帶的是正電，接負(fù)極的極板帶的是負(fù)電． 圖323 當(dāng)接交變電流時，因為交變電流的電壓周期性變化，所以電容器兩個極板上的電量也周期性變化，相當(dāng)于電流“通過”了電容器(實際上電子沒有穿過電容器)，因此，接交流電的時候燈泡發(fā)光． 2．電容器在電路中的作用 電容器的作用就是充放電，在充放電時形成充放電電流，當(dāng)充放電結(jié)束穩(wěn)定后，電路中的電流消失． 在直流電路里，充放電結(jié)束后，不通直流電，具有隔直的作用． 在交流電路里，充放電一直進(jìn)行著，我們就說交流電通過了電容器，具有通交流的作用． 電容器在電路里“通交流，隔直流；通高頻，阻低頻”． 3．電感器在電路中的作用 自感現(xiàn)象，通過線圈自身的電流發(fā)生變化時而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫作自感現(xiàn)象．在一切含有較大電感且電流也很大的電路中，在接通電源或切斷電源的瞬間，電感線圈中會產(chǎn)生很高的自感電動勢，這種電動勢是很大的安全隱患． 電感器實際上就是線圈，對直流電的作用就是直流電阻．在交流電路中，由于自感的作用，對交變電流起阻礙作用． 電感器在電路里“通直流，阻交流；通低頻，阻高頻”． 　如圖324所示電路，電源為直流電源，閉合開關(guān)S后，小燈泡發(fā)亮的是哪幾個？ 【導(dǎo)學(xué)號：37032070】 圖324 【解析】　因為電源是直流電源，電阻只是使電路中的電流變小，小燈泡變暗，所以A燈泡亮；電感器通直流電，所以B燈泡亮；電容器通交流電，隔直流電，所以C燈泡不亮． 【答案】　A、B燈泡 電感器阻礙交流電，對直流電相當(dāng)于一個電阻.電容器阻止直流電通過，允許交流電通過. [針對訓(xùn)練] 2．(多選)如圖325是電子技術(shù)中常用的電路．a(chǎn)、b是電路的輸入端，其中輸入的高頻電流用“”表示，低頻電流用“～”表示，直流電流用“－”表示．關(guān)于負(fù)載電阻R中通過的電流，有以下說法，其中正確的是(　　) 圖325 A．甲圖中R通過的是低頻電流 B．乙圖中R通過的是高頻電流 C．丙圖中R通過的是直流電流 D．丁圖中R通過的是高頻電流 AC　[甲圖中，電容器隔直流，R通過低頻電流；乙圖中，電容器可以和高頻交流電形成通路；丙圖中，電容C很大，容抗較小，可以通過低頻電流，則R中通過直流電流；丁圖中，電感L很大，f越高，感抗越大，阻礙高頻電流通過，R中通過低頻電流，故選項A、C正確．] [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 1．(多選)下圖中屬于交變電流的是(　　) BC　[A和D中電流方向沒有發(fā)生變化，所以不是交變電流，B和C中電流的方向周期性變化，所以是交變電流．] 2．已知某交變電流變化規(guī)律是i＝20sin ωt A，當(dāng)t＝時，電流的瞬時值為(　　) A．10 A　　　 B．17.32 A C．7.07 A D．14.14 A B　[將ω＝代入i＝20sin ωt A得i＝20sint A，再將t＝代入，得i＝20sin()A＝10 A＝17.32 A．故B正確．] 3．我國民用交流電，其電壓隨時間變化的規(guī)律如圖326所示，該交流電的周期、電壓的有效值分別是(　　) 圖326 A．0.02 s,314 V B．0.01 s,314 V C．0.02 s,220 V D．0.01 s,220 V C　[由圖得，交流電的周期T＝0.02 s；電壓最大值Um＝314 V，所以電壓的有效值U＝＝V≈220 V ，故C正確，ABD錯誤．故選C.] 4．如圖327所示，把電阻R、電感線圈L、電容器C并聯(lián)，三個支路中分別接有一燈泡．接入交流電源后，三盞燈亮度相同．若保持交流電源的電壓不變，使交變電流的頻率增大，則以下判斷正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號：37032071】 圖327 A．與線圈L連接的燈泡L1將變暗 B．與電容器C連接的燈泡L2將變暗 C．與電阻R連接的燈泡L3將變暗 D．三盞燈泡的亮度都不會改變 A　[當(dāng)交變電流的頻率增大時，對R無影響，L3亮度不變，電感線圈感抗增大，L1變暗，電容器容抗減小，則燈泡L2亮度增加，故A正確．]